CN104805354A - 一种含硼深度低温热轧h型钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含硼深度低温热轧H型钢及其制备方法，本发明所涉及H型钢规格范围为H300*300*10*15以下小规格，其翼板纵向-50℃至-70℃低温冲击≥80J，翼板横向低温冲击-20℃≥70J，腹板纵向-50℃至-70℃低温冲击≥100J，高于国家标准GB/T1591-2008中低合金高强度结构用钢中E级-40≥34J的性能要求。为保证深度低温冲击韧性，本发明采用低碳、低硅、高锰及钒硼配合保证低温冲击韧性。其化学成分及含量重量百分比为：C 0.06～0.15％，Si 0.15～0.25％，Mn 1.0～1.50％，P≤0.010％，S≤0.010％，V0.070～0.10％，B 0.005-0.02％，Al t≥0.025％，[H]≤2.0×10^-4，[O]≤20×10^-4，[N]≤60×10^-4，其余为Fe，生产工艺为转炉、LF精炼、VD真空、矩型坯连铸、轧制H型钢和矫直。

Description

一种含硼深度低温热轧H型钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别是涉及一种采用矩形坯生产含硼深度低温热轧H型钢及其制备方法。

背景技术

我国西北、东北地区冬季气温寒冷，结构用钢对冲击韧性的要求需要达到-50℃左右；另外在海洋石油平台建设、极地开发、等特殊使用方面以及出口俄罗斯等国家要求热轧H型钢满足-50℃至-70℃冲击韧性技术要求。例如欧洲标准EN10025-3生产的S275NL、S355NL、S420N、S460NL系列要求-50℃冲击功≥27J；日标SLA325、SLA365等钢号要求-55℃冲击功，俄标ГОСТ 27772-88生产的С345、С345К、С375钢号要求-70℃冲击功≥29J。

热轧H型钢保证低温冲击韧性的技术手段主要有两种途径：一种是通过轧钢过程中控轧控冷实现细晶强化，达到保证低温冲击韧性的目的；另一种是通过添加保证低温冲击韧性的镍、钼等合金成分达到低温冲击韧性高目的。这两种途径都存在明显不足，控轧控冷细晶强化工艺在生产中非常难以控制，对轧机要求高、温度控制难以实现而且合格率较低，同时对生产节奏影响大，不适合连续批量生产，另外采用控轧控冷细晶强化工艺后的型钢焊接后焊缝相对基体硬度低；第二种途径是添加大量镍、钼合金使低温冲击韧性大幅度降低，但是由于镍钼成本太高，经济生产难以实现。寻求生产一种低于-40℃至-60℃低温冲击韧性稳定而且生产成本低廉的H型钢非常重要，且具有重大经济与社会效益，对中国H型钢产品的完善，对我国由钢铁大国向钢铁强国转变具有重大现实意义。

目前要求深度低温冲击韧性要求的热轧H型钢一般为低合金高强度结构钢，其中以Q345级别应用较广泛。Q345级别C、D、E级钢要求具有良好的低温韧性，GB/T1591-2008要求Q345E钢纵向-40℃≥34J。目前，对Q345级别低合金高强度结构钢主要采取铌、钒、钛微合金化和控轧控冷相结合的工艺提高钢材综合性能，特别是低温冲击韧性。其强化机制是沉淀强化和细晶强化，后者对韧性也是有益的。在Q345级别H型钢的实际工业生产过程中，经铌、钒、钛单一或组合微合金化和控轧控冷工艺后，低于-40℃冲击功波动较大且合格率不高。

《一种具有良好低温冲击韧性的加硼H型钢及其制备方法》微合金采用Nb-B复合真空感应炉冶炼，《一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢及其制备方法》微合金采用V-B复合，该专利应用于异型坯生产-40℃≥34J低温热轧H型钢。从成分上本专利严格控制B含量加入上限为0.002％，在实际工业生产中有数据显示B元素的过多加入直接影响钢材的延性及冲击性，当B含量加入超过0.003％时延性及冲击性能明显下降。《一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢及其制备方法》为高碳、硼加入量较多，不控铝，气体控制不严格。《一种含硼钒低温冲击韧性优良的热轧H型钢及其制备方法》为采用控制困难的低温终轧工艺。

发明内容

本发明涉及一种含硼深度低温热轧H型钢及其制备方法，包括冶炼工艺和轧制工艺，其目的在于提供一种微合金化热轧H型钢及其生产工艺，本发明产品合理设计成分、添加微量合金元素V、B，并通过优化生产工艺方法使其力学性能达到深度低温冲击要求，又能以最简便、高效的方法生产和制造，降低了生产成本。

为达以上目的，本发明一种含硼深度低温热轧H型钢，所述H型钢化学成分及其含量重量百分比为：C 0.06～0.15％，Si 0.15～0.25％，Mn 1.0～1.50％，P≤0.010％，S≤0.010％，V0.070～0.10％，B 0.005～0.02％，Alt≥0.025％，钢中[H]≤2.0×10^-4，[O]≤20×10^-4，[N]≤60×10^-4其余为Fe，生产工艺为转炉、LF精炼、VD真空、矩形坯连铸、铸坯表面清理、万能轧机轧制H型钢和矫直。

本发明优选的技术方案是：其化学成分及重量百分比为：C 0.13％，Si 0.20％，Mn 1.25％，P0.008％，S0.005％，N0.0050％，V0.07％，B 0.01％，Alt≥0.025％，钢中[H]≤2.0×10^-4，[O]≤20×10^-4，其余为Fe。

本发明的生产方法是：冶炼时转炉终点控制C(重量百分比％)≥0.06，P＜0.01控制出钢温度大于1640℃；采用硅锰和锰铁脱氧合金化，有铝终脱氧；出钢挡渣，挡渣失败必须扒渣；精炼白渣操作；精炼末期加入钒铁和硼铁，加入钒铁后弱搅3分钟后加入硼铁；VD深真空时间≥15min，深真空度≤0.1KPa，软吹时间≥15min。VD后钢水成分目标值为(重量百分比％)为：C 0.13，Si 0.20，Mn 1.25，P0.008，S0.005，N0.0050，V0.07，B 0.01，Alt≥0.025，其余为Fe和不可避免杂质。连铸液相线温度：TL＝1515℃；钢水过热度ΔT≤20℃；采用恒拉速操作，拉速0.59-0.66m/min。铸造后的钢坯堆垛缓冷。切取铸坯100mm-300mm厚度进行低倍硫印检验。炼钢厂保证钢坯无表面质量及内部质量后发送至轧钢厂。轧钢厂在铸坯入加热炉前再次进行目测检查，有结疤、裂纹、翘皮的钢坯挑出。加热炉温度为1250℃～1280℃；加热炉内为弱还原性气氛，钢坯进入粗轧机前进行高压水除磷(即进入BD1机架前)，轧制开轧温度1180℃～1220℃，CCS机架(万能轧机)进行8道次轧制，万能轧机轧制速度≥4m/s，CCS终轧机前温度880℃～930℃。

技术指标要求：铸坯表面无结疤、裂纹、翘皮、砂眼、夹杂、气孔等缺陷；非金属夹杂物(级)A≤2.0，B≤1.5，C≤2.0，D≤2.0，Ds≤2.0；晶粒度不小于8级，晶粒不均度在三个级别范围内，组织为珠光体+铁素体；屈服强度≥350MPa，抗拉强度为500MPa～550MPa，延伸率A％≥30，低温冲击-70℃≥34。J

本发明的矩形坯生产低合金高强度耐低温H型钢，其特征在于H型钢的腹板及翼板具有优良的力学性能，性能高于国家标准GB/T1591-2008。该H型钢抗拉强度500MPa～550MPa，屈服强度≥350MPa，延伸率≥30％，-40℃冲击≥100J，翼板纵向-50℃至-70℃低温冲击≥80J，翼板横向低温冲击-20℃≥70J，腹板纵向-50℃至70℃低温冲击≥100J。

本发明的优点是：

1.本发明通过添加V、B微合金化，采用低硅、低硫、低磷的成分设计，提高了H型钢的综合性能，生产工艺简单，利于推广；

2.本发明中V在微合金钢中单独加入时形成VC，属中间相，其化学式可在VC、V₄C₃之间变化。在一般低氮含量的情况下，VC在γ-Fe中的溶解度比NbC要高得多，在900℃以下，V(C，N)可完全溶解于γ-Fe中，因此钒的主要作用是在γ-α转变过程中的相间析出和在铁素体中的析出强化。钒微合金化钢的强韧化机理主要有细晶强化、沉淀强化和固溶强化；

3.本发明可实现万能轧机终轧最后一道次机前温度在910℃-950℃内进行H型钢高温终轧，轧制过程不进行控制冷却，以热轧态进行交货使用，钢材具有良好的焊接性能；

4.微量元素硼的少量加入抑制磷、硫在晶界的偏析及引起的沿晶断裂，显著提高低温韧性，这是由于硼抑制了磷、硫对晶界的弱化和硼自身能提高晶界结合力的结果；

5.硼元素加入钢中可以增加钢的淬透性外，近些年来大量工业生产中发现微量硼元素在低碳钢中还存在组织粗化降低强度，提高延伸率及低温冲击韧性的作用，当钢中硼元素加入量过多时反而会降低钢的延塑性。因此本发明突出的优点是严格控制钢硼元素的含量，以期达到最优的强塑性匹配；

6.本发明实现了矩形坯生产小规格H型钢深度低温的工业生产。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1a翼板-40℃冲击样品，晶粒度9.5级；

图1b腹板-40℃冲击样品，晶粒度11级；

图1c翼板-50℃冲击试样，晶粒度9.5级；

图1d翼板-70℃冲击试样，晶粒度9.5级；

图2a翼板纵向-40℃冲击断口宏观形貌；

图2b-40℃冲击断口裂纹源为解理特征；

图2c-40℃冲击断口扩展区为解理特征；

图3a翼板纵向-70℃冲击断口宏观形貌；

图3b-70℃冲击断口裂纹源为解理特征；

图3c-70℃冲击断口扩展区为解理特征；

图4a翼板0℃横向冲击断口形貌；

图4b 0℃横向冲击断口面上存在清晰的纵向条带；

图4c 0℃横向冲击纵向条带上的MnS夹杂物；

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例1：

钢的化学成分重量百分比为：C 0.13％，Si 0.20％，Mn 1.25％，P0.005％，S0.005％，N 0.0050％，V0.07％，B 0.01％，Alt 0.028％，其余为Fe，生产方法依次包括100t转炉、炉外精炼、VD真空、连铸、加热、万能轧制。各步骤的参数为：采用100t转炉冶炼，转炉终点C 0.06％，P 0.02％，S 0.04％控制转炉终点出钢温度为1650℃；炉外精炼时配渣料及合金加入量包括：白灰360公斤、锰铁400公斤、硅铁100公斤、硅锰240公斤、钒铁70公斤、铝线152公斤；LF就位温度1523℃，LF离位温度1640℃，加热时间50min，LF精炼时间63分钟；其中LF就位钢水成分重量百分比为C0.11％，Si0.06％，Mn1.02％，P0.02％，S0.03％，Al0.04％；LF离位钢水成分重量百分比为C0.15％，Si0.19％，Mn1.39％，P0.01％，S0.01％，Al0.03％，V0.08％，B0.0012％；VD前温度1623℃，深真空时间13min，深真空处理时间20min，VD后温度1584℃，喂硅钙线150m使夹杂物变性，软吹时间15min保证夹杂物充分上浮；连铸时浇注温度1575℃，连铸过热度控制在20℃，拉速为0.48m/min。铸造后的钢坯堆垛缓冷；成品成分重量百分比为：C 0.13％，Si 0.20％，Mn 1.25％，P0.005％，S0.005％，V0.07％，B 0.01％，Alt 0.028％，[O]0.00128，[N]0.00323，[H]0.0001。炼钢厂保证钢坯无表面质量及内部质量后发送至轧钢厂；轧钢厂将矩形坯尺寸为280mm×325mm的铸坯在入加热炉前再次进行目测检查，有结疤、裂纹、翘皮的钢坯挑出；加热炉温度为1250℃；加热时间2小时，均热40min加热炉内为弱还原性气氛，钢坯进入粗轧机前进行高压水除磷(即进入BD1机架前)，轧制开轧温度1200℃，均热段温度1266℃，第一加热段温度1232℃，第二加热段温度1103℃，BD1前开坯温度1130℃，BD1共计7道次，CCS共计3道次，轧制规格H244×175×11×7，终轧温度918℃，上冷床温度725℃。

分别从H型钢翼板纵向及横向取样，再从腹板纵向取样进行力学性能、金相组织分析。根据GB/T1591-2008中夏比(V型)冲击实验的规定，当钢材厚度小于12mm时，应采用10mm×7.5mm×55mm或10mm×5mm×55mm小尺寸试样，冲击吸收能量为不小于规定值的75％或50％。轧制后冷却至黑钢状态约500℃以下首次取样，放置10天后(时效)再次取样进行力学性能测定。该工艺下产品力学性能见表1，夏比冲击值见表2，夹杂物及组织分析见表3，

表1 力学性能值

取样位置

编号

Rel

Rm

A％

翼板纵向	69	367	519	32.5
					翼板纵向	69	360	524	33.5
腹板纵向	069	409	531	31.5
					腹板纵向	069	410	527	31.0

表2 夏比冲击值

表3 夹杂物及组织

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种含硼深度低温热轧H型钢，其特征在于所述H型钢的化学成分及其重量百分比含量为：C 0.06～0.15％，Si 0.15～0.25％，Mn 1.0～1.50％，P≤0.010％，S≤0.010％，V0.070～0.10％，B 0.005～0.02％，Alt≥0.025％，[H]≤2.0×10^-4，[O]≤20×10^-4，[N]≤60×10^-4，其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的含硼深度低温热轧H型钢，其特征在于：所述H型钢规格范围为H300*300*10*15以下，其翼板纵向-50℃至-70℃低温冲击≥80J，翼板横向低温冲击-20℃≥70J，腹板纵向-50℃至-70℃低温冲击≥100J。

3.一种制备如权利要求1或2所述的含硼深度低温热轧H型钢的方法，其特征在于包括以下步骤：铁水预处理、100t转炉、炉外精炼、VD真空、矩形坯连铸、加热、BD开坯、CCS万能轧制。

4.根据权利要求3所述的含硼深度低温热轧H型钢的制备方法，其特征在于各步骤的参数为：冶炼时转炉终点控制C的重量百分比≥0.06％，P的重量百分比＜0.01％；控制出钢温度大于1640℃；炉外精炼时配渣料及合金加入量包括白灰、锰铁、硅铁、硅锰、钒铁、铝线；采用硅锰和锰铁脱氧合金化，有铝终脱氧；出钢挡渣，挡渣失败必须扒渣；精炼白渣操作；精炼末期加入钒铁和硼铁，加入钒铁后弱搅3分钟后加入硼铁；VD深真空时间≥15min，深真空度≤0.1KPa，软吹时间≥15min；连铸液相线温度：TL＝1515℃；钢水过热度ΔT≤20℃；采用恒拉速操作，拉速0.4-0.65m/min；切取铸坯100mm-300mm厚度进行低倍硫印检验；加热炉温度为1100℃～1250℃；加热时间1～2小时，均热40min加热炉内为弱还原性气氛，第一加热段温度1100℃～1250℃，第二加热段温度1100℃～1250℃，加热炉内为弱还原性气氛，铸坯进入粗轧机前进行高压水除磷；，轧制开轧温度1100℃～1200℃，CCS万能轧机进行7-9道次轧制，万能轧机轧制速度≥4m/s，CCS终轧机前温度880℃～930℃。

5.根据权利要求4所述的含硼深度低温热轧H型钢的制备方法，其特征在于：所述VD真空步骤后钢水成分目标值为重量百分比为：C 0.13％，Si 0.20％，Mn 1.25％，P0.008％，S0.005％，N0.0050％，V0.07％，B 0.01％，Alt≥0.025％，其余为Fe。